JP7468432B2 - 半導体装置 - Google Patents
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Description
《態様1》
第1の電極体層、複数のp型半導体層、n型酸化ガリウム半導体層、及び第2の電極体層を有しており、
複数の前記p型半導体層は、前記n型酸化ガリウム半導体層と接するようにして、前記n型酸化ガリウム半導体層の一方の面側に積層されており、
前記第1の電極体層は、複数の前記p型半導体層と接し、かつ複数の前記p型半導体層同士が離間している部分において前記n型酸化ガリウム半導体層と接するようにして、前記n型酸化ガリウム半導体層の前記一方の面側に積層されており、
前記第2の電極体層は、前記n型酸化ガリウム半導体層と接するようにして、前記n型酸化ガリウム半導体層の他方の面側に積層されている、
半導体装置であって、
前記p型半導体層のそれぞれに対して最も近接している前記p型半導体層までの最短距離は、0.4μm~1.0μmmである、
半導体装置。
《態様2》
前記n型酸化ガリウム半導体層は、複数の前記p型半導体層が積層されている側に、複数のトレンチ構造を有しており、
複数の前記p型半導体層は、
複数の前記トレンチ構造の凹部内に、前記凹部の深さよりも低い厚さで積層されている、第1のp型半導体層、及び
複数の前記トレンチ構造間の凸部上に積層されている、第2のp型半導体層を有しており、かつ
前記第1のp型半導体層と前記第2のp型半導体層とが、最も近接しており、
前記第1の電極体層は、前記第1のp型半導体層及び前記第2のp型半導体層と接し、かつ複数の前記トレンチ構造の側面において、前記n型酸化ガリウム半導体層と接するようにして積層されている、態様1に記載の半導体装置。
《態様3》
前記第1の電極体層の前記第2の電極体層に対する相対電位が0Vの状態において、前記第1のp型半導体層と前記n型酸化ガリウム半導体層との間に形成される、第1の空乏層と、前記第2のp型半導体層と前記n型酸化ガリウム半導体層との間に形成される、第2の空乏層とが、互いに連結するように、隣り合う前記第1のp型半導体層と前記第2のp型半導体層の最短距離及び前記n型酸化ガリウム半導体層におけるドーピング密度が設計されており、かつ
前記第2の電極体層がオーミック電極である、
態様2に記載の半導体装置。
《態様4》
複数の前記トレンチ構造を有している周辺耐圧構造を更に有しており、
前記周辺耐圧構造において、
複数の前記トレンチ構造の凹部内に、前記凹部の深さよりも低い厚さで積層されている、第3のp型半導体層、及び
複数の前記トレンチ構造間の凸部上に積層されている、第4のp型半導体層を有しており、かつ
前記第3のp型半導体層と前記第4のp型半導体層とが、最も近接している、
態様2又は3に記載の半導体装置。
《態様5》
複数の前記第3のp型半導体層は、厚さが互いに異なるものを2つ以上有している、
態様4に記載の半導体装置。
《態様6》
半導体装置の中央側から外側に向かうにつれて、最も近接している前記第3のp型半導体層と前記第4のp型半導体層との最短距離が大きくなっている、
態様4に記載の半導体装置。
《態様7》
前記n型酸化ガリウム半導体層は、ドーピング密度が3×1017cm-3以上である酸化ガリウム基板である、態様1~6のいずれか一つに記載の半導体装置。
本開示の第1の実施形態に従う半導体装置は、第1の電極体層、複数のp型半導体層、n型酸化ガリウム半導体層、及び第2の電極体層を有しており、複数のp型半導体層は、n型酸化ガリウム半導体層と接するようにして、n型酸化ガリウム半導体層の一方の面側に積層されており、第1の電極体層は、複数のp型半導体層と接し、かつ複数のp型半導体層同士が離間している部分においてn型酸化ガリウム半導体層と接するようにして、n型酸化ガリウム半導体層の一方の面側に積層されており、第2の電極体層は、n型酸化ガリウム半導体層と接するようにして、n型酸化ガリウム半導体層の他方の面側に積層されている、半導体装置であって、p型半導体層のそれぞれに対して最も近接しているp型半導体層までの最短距離は、0.4μm~1.0μmmである。
第1の電極体層は、複数のp型半導体層と接し、かつ複数のp型半導体層同士が離間している部分においてn型酸化ガリウム半導体層と接するようにして、n型酸化ガリウム半導体層の一方の面側に積層されている。
複数のp型半導体層は、n型酸化ガリウム半導体層と接するようにして、n型酸化ガリウム半導体層の一方の面側に積層されている。複数のp型半導体層同士は、n型酸化ガリウム半導体層の一方の面側において、互いに離間して配置されている。
n型酸化ガリウム半導体層は、任意の手法で作製したGa2O3単結晶基板又は市販のGa2O3単結晶基板を用いることができる。Ga2O3単結晶基板は、α-Ga2O3単結晶、β-Ga2O3単結晶、又は他の結晶構造を有するGa2O3単結晶であることができ、好ましくはβ-Ga2O3単結晶である。n型酸化ガリウム半導体層は、これらの基板に、例えばSi又はSn等がドープされることにより、n型半導体層となっていることができる。
第2の電極体層は、n型酸化ガリウム半導体層と接するようにして、n型酸化ガリウム半導体層の他方の面側に積層されている。
本開示の第1の実施形態に従う半導体装置は、例えば図1B~Fに示す方法によって製造することができる。
本開示の第2の実施形態に従う半導体装置は、上記の本開示の第1の実施形態を前提として、n型酸化ガリウム半導体層が、複数のp型半導体層が積層されている側に、複数のトレンチ構造を有している。ここで、複数のp型半導体層は、複数のトレンチ構造の凹部内に、凹部の深さよりも低い厚さで積層されている、第1のp型半導体層、及び複数のトレンチ構造間の凸部上に積層されている、第2のp型半導体層を有している。また、複数のp型半導体層それぞれのうち、第1のp型半導体層と第2のp型半導体層とが、最も近接している。そして、第1の電極体層は、第1のp型半導体層及び第2のp型半導体層と接し、かつ複数のトレンチ構造の側面において、n型酸化ガリウム半導体層と接するようにして積層されている。
本開示の第3の実施形態に従う半導体装置は、上記の本開示の第2の実施形態を前提として、複数のトレンチ構造を有している周辺耐圧構造を更に有している。本開示の第3の実施形態に従う半導体装置は、周辺耐圧構造において、複数のトレンチ構造の凹部内に、凹部の深さよりも低い厚さで積層されている、第3のp型半導体層、及び複数のトレンチ構造間の凸部上に積層されている、第4のp型半導体層を有している。また、複数のp型半導体層それぞれのうち、第3のp型半導体層及び第4のp型半導体層が、最も近接している。
〈参考例1〉
SiCを用いて、JBSダイオード、すなわち参考例1~10の半導体装置を作製した。n型半導体層のドーピング密度は、2.4×1016cm-3であった。p型半導体層は、SiCにアクセプタとしてのAlをイオン注入(1×1019cm-3)して形成した。p型半導体層のそれぞれに対して最も近接しているp型半導体層までの最短距離(ピッチ)は、1.0μmとした。
p型半導体層のそれぞれに対して最も近接しているp型半導体層までの最短距離(ピッチ)を、それぞれ順に2.0μm、3.0μm、4.0μm、5.0μm、7.0μm、8.0μm、9.0μm、10.0μm、及び12.0μmとしたことを除いて参考例1と同様にして、参考例2~10の半導体装置を作製した。
各例の半導体装置の電極体間に、順方向に電流を流し、1.0mAとなるときの電極体間の電圧値(V)を測定した。また、100A/cm2におけるオン抵抗を測定した。
表1に参考例1~10の半導体装置の構成及び試験結果を示す。また、図5に参考例1~10の半導体装置に関する耐圧とピッチの長さとの関係を示す。
〈実施例1〉
n型酸化ガリウム半導体層(ドープ密度5×1017cm-3)、及びp型半導体層としてのNiOを用いて、図1A~1Gに示すような方法によって、実施例1の半導体装置を作製した。
ピッチ、すなわちp型半導体層のそれぞれに対して最も近接しているp型半導体層までの最短距離を、それぞれ順に、0.5μm、0.7μm、及び1.0μmとしたことを除いて実施例1と同様にして、実施例2~4の半導体装置を作製した。
n型酸化ガリウム半導体層(ドープ密度5×1017cm-3)、及びp型半導体層としてのNiOを用いて、図1B~1E及び図2Bに示すような方法によって、実施例5の半導体装置を作製した。
各例の半導体装置の電極体間に、順方向に電流を流し、1.0mAとなるときの電極体間の電圧値(V)を測定した。また、100A/cm2におけるオン抵抗を測定した。
ピッチ、すなわちp型半導体層のそれぞれに対して最も近接しているp型半導体層までの最短距離を、それぞれ順に、0.2μm、0.3μm、1.5μm、2.0μm、2.5μm、3.0μm、3.5μm、及び4.0μmとしたことを除いて実施例1と同様にして、比較例1~8の半導体装置を作製した。
表2に実施例1~5及び比較例1~8の半導体装置の構成及び試験結果を示す。また、図6に実施例1~5及び比較例1~8の半導体装置に関する耐圧とピッチの長さとの関係を示す。
3 周辺耐圧構造
10 第1の電極体層
20 p型半導体層
21 第1のp型半導体層
23 第2のp型半導体層
30 n型酸化ガリウム半導体層
31 トレンチ構造
33 凸部
40 第2の電極体層
51 第3のp型半導体層
53 第4のp型半導体層
60 n型半導体層
70 p型半導体層
100 マスキング
Claims (5)
- 第1の電極体層、複数のp型半導体層、n型酸化ガリウム半導体層、及び第2の電極体層を有しており、
複数の前記p型半導体層は、前記n型酸化ガリウム半導体層と接するようにして、前記n型酸化ガリウム半導体層の一方の面側に積層されており、
前記第1の電極体層は、複数の前記p型半導体層と接し、かつ複数の前記p型半導体層同士が離間している部分において前記n型酸化ガリウム半導体層と接するようにして、前記n型酸化ガリウム半導体層の前記一方の面側に積層されており、
前記第2の電極体層は、前記n型酸化ガリウム半導体層と接するようにして、前記n型酸化ガリウム半導体層の他方の面側に積層されている、
半導体装置であって、
前記p型半導体層のそれぞれに対して最も近接している前記p型半導体層までの最短距離は、0.4μm~1.0μmmであり、
前記n型酸化ガリウム半導体層は、複数の前記p型半導体層が積層されている側に、複数のトレンチ構造を有しており、
複数の前記p型半導体層は、
複数の前記トレンチ構造の凹部内に、前記凹部の深さよりも低い厚さで積層されている、第1のp型半導体層、及び
複数の前記トレンチ構造間の凸部上に積層されている、第2のp型半導体層を有しており、かつ
前記第1のp型半導体層と前記第2のp型半導体層とが、最も近接しており、
前記第1の電極体層は、前記第1のp型半導体層及び前記第2のp型半導体層と接し、かつ複数の前記トレンチ構造の側面において、前記n型酸化ガリウム半導体層と接するようにして積層されており、
複数の前記トレンチ構造を有している周辺耐圧構造を更に有しており、
前記周辺耐圧構造において、
複数の前記トレンチ構造の凹部内に、前記凹部の深さよりも低い厚さで積層されている、第3のp型半導体層、及び
複数の前記トレンチ構造間の凸部上に積層されている、第4のp型半導体層を有しており、かつ
前記第3のp型半導体層と前記第4のp型半導体層とが、最も近接している、
半導体装置。 - 前記第1の電極体層の前記第2の電極体層に対する相対電位が0Vの状態において、前記第1のp型半導体層と前記n型酸化ガリウム半導体層との間に形成される、第1の空乏層と、前記第2のp型半導体層と前記n型酸化ガリウム半導体層との間に形成される、第2の空乏層とが、互いに連結するように、隣り合う前記第1のp型半導体層と前記第2のp型半導体層の最短距離及び前記n型酸化ガリウム半導体層におけるドーピング密度が設計されており、かつ
前記第2の電極体層がオーミック電極である、
請求項1に記載の半導体装置。 - 複数の前記第3のp型半導体層は、厚さが互いに異なるものを2つ以上有している、
請求項1又は2に記載の半導体装置。 - 半導体装置の中央側から外側に向かうにつれて、最も近接している前記第3のp型半導体層と前記第4のp型半導体層との最短距離が大きくなっている、
請求項1~3のいずれか一項に記載の半導体装置。 - 前記n型酸化ガリウム半導体層は、ドーピング密度が3×1017cm-3以上である酸化ガリウム基板である、請求項1~4のいずれか一項に記載の半導体装置。
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